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1-1 CRT的发明与原理概括

大家还记得电视机的发明者是谁吗？嗯，我也说不清楚，因为很多人为电视机的发明做了巨大贡献。但是，有一个人被称为“电视之父”，这个人就是苏格兰人约翰·洛吉·贝尔德。

当然，那时的电视实在太原始了，拿这货当示波器都不合适。但是，我们仍然要记住他们的功绩。

闲言少叙，开始今天的主角——阴极射线管，也叫显像管、布劳恩管、CRT，俗称“大屁股”。

显像管的原理，高中物理都讲过，它是利用阴极电子枪发射电子，在阳极高电压的作用下加速，射向萤光屏，使萤光粉发光，同时电子束在偏转线圈的偏转磁场的作用下，受洛伦兹力，作上下左右的移动来达到扫描的目的。

1-2 CRT如何发光

首先是电子枪。其实就是一烧红的金属，因为金属受热就会向四面八方发射电子（带负电），利用一个高压正电场，正电场对电子的电场力，单方向加速。（所以，每一台大屁股电视机都告诉你，不要乱拆）。接下来，电子获得了很高的速度，之后就该发挥自己的能力了，撞在显像管的显示部分（就是我们对着的那个部分）上面涂有荧光粉，在电子的撞击下会发光了。但是，如果不考虑重力，电子是直线运动的，也就是说，屏幕上只会有一个小亮点，在中心的位置（实际上可能会偏下一点）那该怎么办呢？我们有两个方法：第一种，继续用高压电场使电子的运动方向改变，一共两个电场，一个负责水平方向，另一个负责垂直方向。但是电场这东西，距离一远，作用力就小了，所以，有两种方法——第一，提高电场强度，也就是加电压（电势差）。第二种方法，加大电场的面积，让电场受力的距离加长，然后，就成了显像“管”了，因为长度太长了。所以，电场这办法虽然原理好理解，但是并没有走入我们的生活，而是出现在示波器上。第二种，用磁场。这就是我之前说的偏转磁场，由偏转线圈（也就是一个电磁铁）产生。运动的电荷在磁场中会受到洛伦兹力。因为洛伦兹力虽然不能改变电子的运动速率，但是改变方向还是没什么问题的。偏转线圈也是两组——水平和垂直。

1-3 CRT的扫描

接下来就是如何覆盖全屏的问题了。首先我们来说一个问题——电视制式。

哦，简单点说吧。中国的模拟电视制式是PAL，是和NTSC不同的。一般PAL也可以指的是一种传输格式，也就是576i @50Hz，576指的是720*576（也可能是704*576）的分辨率，也就是414720（405504）个像素，i指的是隔行扫描（之后会讲），50Hz指的是刷新率，每秒刷新50次，但因为是隔行扫描，所以是25帧每秒。

接下来就是关键的地方了，怎么扫描？（以下内容按照720*576 50Hz 隔行扫描 黑白来讲解）扫描肯定不是用40多万个电子枪一起发射。实际上，黑白电视只有一个电子枪，彩色电视有红绿蓝三个电子枪。我们从简单的黑白电视说起。最开始，偏转线圈控制电子束的方向，让它射向屏幕的一角，比如左上角，然后，这个点就发光了。接下来，偏转线圈控制电子束向右移动1像素，这个点也发光了，接下来是第3个点、第4个点……到第720个点，第一行扫描完毕，好的，第三行，话说为什么不是第二行呢？因为这是隔行扫描，所以第一行之后就是第三行，然后第五行……而这一行一行的，叫做扫描线，比如在模拟监控领域的“1200线”就是指的是有多少扫描线（然而这个参数现在很不科学，国内的模拟监控领域有严重的分辨率虚标问题）。等扫描完最下面的一行之后，再开始扫描第二行、第四行、第六行……也到最下面的一行。然后，整个屏幕就亮了。那么，整个过程用了多长时间呢？比较好计算——50Hz代表每秒钟扫描屏幕50次，每次都隔行扫描。刚才的过程算是2次扫描，所以用了2*1/50s=0.04s，可以说时间非常短了，所以电子束的扫描速度是非常快的，每秒钟要把屏幕的576行跑50/2=25遍，一共扫过25*720*576=10368000个像素。

1-4 彩色电视的原理

接下来说彩色电视的问题。彩色电视就是利用了三个并列的电子枪，分别负责红、绿、蓝三种颜色（红绿蓝是色光三原色，可以组合出几乎所有可见光的颜色），而屏幕前面也有三种颜色荧光粉组成的像素，输入的信号通过分别控制三个电子枪来制造出彩色的图像。例如，某一点是白色，那就三个电子枪同时发射电子。这样不断扫描，连续的图像（也就是视频）就出来了。

1-5 CRT接收的信号

接下来就要考虑一个问题——CRT显示器接收的信号是什么样的呢？由上文中可以得知，信号控制的不能是偏转线圈，因为偏转线圈是按照一定的速度不停扫描的。所以，能够控制的也就是电子枪。以比较简单的黑白电视为例（黑白电视只有一个电子枪，只能接收亮度信号，相当于YUV中的Y），它接到的信号就是电子枪该发射多少电子的信号，将这个信号用电压量化，就是这样——

可以看出，和音频信号不同，视频信号并不是波形的，而是非常细小的锯齿形的，而每一个锯齿就是那一点的信号电压，电压高，屏幕上该点的亮度也就高，电压低，屏幕上该点亮度就低。换言之，每一个锯齿控制一个像素，一秒钟一共有25*720*576=10368000个（PAL制）小锯齿，以这个小锯齿的高度来控制像素的亮度。

1-6 CRT的行、场信号

在VGA接口的信号中，有红、绿、蓝的信号，还有两个信号——行（H）、场（V）。这两个信号又是做什么的呢？其实这和扫描有关。对于电脑显示器来说，分辨率不是固定的，可能这太显示器是640*480，另一台却是800*600，而在800*600中显示640*480的画面，如果不规定某一行扫描到什么位置的话，画面就会错乱（实际效果就是花屏）。同样，如果不规定每一帧画面从何处开始、何处结束，画面也是会错乱的。所以，行信号就是在扫描每一行最后一个像素的时候发出的一个信号，通知显示器的偏转线圈去扫描下一行。而场信号就是这一帧扫描结束之后发出的信号，用来规定每一帧的开始与结束。所以帧信号的频率就是显示器的刷新率。

第1章总结

总之，虽然大屁股显示器逐渐退出了历史舞台，但是CRT的显示原理依然是我们需要多多学习的，因为只有通过CRT的原理才能搞清楚其与液晶显示器等的巨大差异，也会明白为什么VGA和HDMI对于CRT是合适的但对于液晶显示器是不合适的。

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